熱學(xué)第零定律第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力學(xué)研究的對(duì)象稱熱力學(xué)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）；系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)稱為外界或環(huán)境。二．宏觀描述與微觀描述宏觀量：能反映系統(tǒng)的整體性質(zhì)，并且可以由實(shí)驗(yàn)操作來(lái)測(cè)定。如氣體用Ｐ、Ｖ、Ｔ三個(gè)參量來(lái)描述。一．熱力學(xué)系統(tǒng)第一節(jié)熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)第2頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六微觀量：描述系統(tǒng)中粒子個(gè)體行為的某些物理量，如粒子的坐標(biāo)、動(dòng)量、能量等。平衡態(tài)：在不受外界條件影響下，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，系統(tǒng)必將達(dá)到一個(gè)宏觀上看來(lái)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。三．平衡態(tài)與非平衡態(tài)第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六穩(wěn)恒態(tài)：存在自由熱源或離子流情況下，各處宏觀狀態(tài)均不隨時(shí)間變化的狀態(tài)討論：１．穩(wěn)恒態(tài)不是平衡態(tài)，如金屬棒兩端分別與冰水混合物及沸水相接觸．經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，熱流達(dá)到某一穩(wěn)定不變的數(shù)值，這時(shí)金屬棒各處溫度不隨時(shí)間變化，但各處溫度不同，所以整個(gè)系統(tǒng)（金屬棒）仍處于非平衡態(tài)。AB熱冷冰水沸水金屬棒第4頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六２．正確判別“平衡態(tài)”與“非平衡態(tài)”的方法應(yīng)該是是否存在熱流與粒子流．３．在自然界中平衡態(tài)是相對(duì)的、局部的與暫時(shí)的，不平衡才是絕對(duì)的、普遍的、全局的和經(jīng)常的．熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡條件熱學(xué)平衡條件：系統(tǒng)內(nèi)部的溫度處處相等力學(xué)平衡條件：系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間、系統(tǒng)與外界之間應(yīng)達(dá)到力學(xué)平衡．化學(xué)平衡條件：在無(wú)外場(chǎng)作用下系統(tǒng)各部分的化學(xué)組成處處相等的．四．熱力學(xué)平衡第5頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，可用確定的物理量來(lái)表征其屬性。描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參量．常用四種狀態(tài)參量：幾何參量、力學(xué)參量、化學(xué)參量、電磁參量對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)，如氣體，可以用（P、V、T）來(lái)描述。一般，可用三個(gè)宏觀量（ｘ、ｙ、Ｔ）描述的系統(tǒng)，稱為簡(jiǎn)單系統(tǒng)五．狀態(tài)參量第6頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六假設(shè)兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)Ａ和Ｂ，使兩系統(tǒng)相接觸（這種接觸叫熱接觸）后達(dá)到一個(gè)共同的平衡態(tài)，即Ａ、Ｂ彼此達(dá)到熱平衡。AB絕熱壁真空一.熱力學(xué)第零定律第二節(jié)溫度與溫度計(jì)第7頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六假設(shè)三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)Ａ、Ｂ、CCBACBA結(jié)論：如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼此也處于熱平衡。-------熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律的物理意義：第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（２）第零定律指出了判別溫度是否相同的方法。AB溫度的數(shù)值表示法叫溫標(biāo)建立一種溫標(biāo)需要包含三個(gè)要素：選擇某種測(cè)溫物質(zhì)，測(cè)定它的測(cè)溫屬性；選定固定點(diǎn)；進(jìn)行分度，即對(duì)測(cè)溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定。二．溫標(biāo)（１）互為熱平衡的物體之間必存在一個(gè)相同的宏觀特征。這個(gè)決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀特征稱為溫度。一切互為熱平衡的物體都具有相同的溫度。第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六溫度計(jì)測(cè)溫屬性定容氣體溫度計(jì)壓強(qiáng)定壓氣體溫度計(jì)體積鉑電阻溫度計(jì)電阻鉑－銠熱電偶溫度計(jì)熱電動(dòng)勢(shì)液體溫度計(jì)液柱長(zhǎng)度表1-1幾種常見(jiàn)的溫度計(jì)攝氏溫標(biāo)由瑞典天文學(xué)家攝耳修斯（Celsicus）于１７４２年建立。以冰的正常熔點(diǎn)為０℃，以水的沸點(diǎn)為100℃問(wèn)題：用各種不同的攝氏溫度計(jì)測(cè)量同一對(duì)象時(shí)，所得結(jié)果是否相同呢？第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六右圖繪出了幾種攝氏溫度計(jì)在0℃－100℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果由圖可見(jiàn)，用不同測(cè)溫物質(zhì)（或同一物質(zhì)的不同測(cè)溫屬性）所建立的攝氏溫標(biāo)，除冰點(diǎn)和汽點(diǎn)外，其它溫度并不嚴(yán)格一致。要義在于：不同物質(zhì)或同一物質(zhì)的不同屬性隨溫度的變化關(guān)系不同第11頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三．理想氣體溫度計(jì)玻意耳定律(溫度不變)1954年以后，國(guó)際上規(guī)定只用一個(gè)固定點(diǎn)建立標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)，這個(gè)固定點(diǎn)選的是水的三相點(diǎn)，并嚴(yán)格規(guī)定它的溫度為T(mén)3=273.16k。則：第12頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六氣體溫度計(jì)分兩種：定容氣體溫度計(jì)和定壓氣體溫度計(jì)如圖為定容氣體溫度計(jì)若保持一定質(zhì)量的理想氣體的體積不變，則其中T3

、P3分別是一定質(zhì)量的理想氣體在水的三相點(diǎn)狀態(tài)下的溫度和壓強(qiáng)。第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)表明：用不同的氣體所確定的定容溫標(biāo)，除根據(jù)規(guī)定對(duì)水的三相點(diǎn)的讀數(shù)相同外，對(duì)其它溫度讀數(shù)則有一定差別，但差別不大，當(dāng)氣體極稀?。碢3→０）時(shí)，這些差別消失。同樣，通過(guò)測(cè)量氣體的體積也可測(cè)得它的溫度，相應(yīng)的溫度計(jì)叫定壓氣體溫度計(jì)

第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)理想氣體需加一極限條件P3→０，這以極限溫標(biāo)叫作理想氣體溫標(biāo)。定義式為：P3→０T(p)→373.15k第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上引入一種溫標(biāo)，它完全不依賴于任何一種測(cè)溫物質(zhì)及其測(cè)溫屬性，這種溫標(biāo)稱熱力學(xué)溫標(biāo)，也稱絕對(duì)溫標(biāo)或開(kāi)爾文溫標(biāo)。

用這種溫標(biāo)所確定的溫度叫熱力學(xué)溫度，用Ｔ表示，單位：Ｋ在理想氣體溫標(biāo)所能確定的溫度范圍內(nèi)，理想氣體溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)是完全一致的四．熱力學(xué)溫標(biāo)第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六五.攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)所確定的溫度用ｔ表示，定義為：

單位：℃攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)的關(guān)系：水的三相點(diǎn)溫度t3=0.01℃t=T－273.15第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例1、某定容氣體溫度計(jì)的測(cè)溫泡浸在水的三相點(diǎn)槽內(nèi)時(shí),其中氣體的壓強(qiáng)為50.0mmHg

問(wèn)：(1)用溫度計(jì)測(cè)300K溫度時(shí),測(cè)溫泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)

(2)當(dāng)測(cè)溫泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為68.0mmHg時(shí)待測(cè)的溫度.解：對(duì)于定容氣體溫度計(jì)第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六對(duì)固定的系統(tǒng)，處于平衡態(tài)的各熱力學(xué)參量之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。例如化學(xué)純的氣體、液體、固體的溫度Ｔi

都可分別由各自的壓強(qiáng)Ｐi

和體積Ｖi

表示，即：

Ｔi＝Ｔi(Ｐi，Ｖi

)或fi(Ｔi，Ｐi，Ｖi)＝0其中i分別表示氣、液、固處于平衡態(tài)的某種物質(zhì)的熱力學(xué)參量（如壓強(qiáng)、體積、溫度）之間所滿足的函數(shù)關(guān)系稱為該物質(zhì)的物態(tài)方程或狀態(tài)方程。一．理想氣體狀態(tài)方程第三節(jié)理想氣體狀態(tài)方程第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二．理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，理想氣體嚴(yán)格遵循玻意耳定律、查理定律和蓋呂薩克定律在此基礎(chǔ)上得到：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，T=273k，P=1.013×105Pa，Vmol=22.4L，可算得：R=8.31J.mol-1.k-1=0.082atm.l.k-1mol-1

R：普適氣體常數(shù)若氣體不是１mol，而是Mkg，則摩爾數(shù)ν＝M/μ，理想氣體狀態(tài)方程可寫(xiě)為：第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三．混合理想氣體物態(tài)方程道爾頓（Dalton）分壓定律：混合氣體的壓強(qiáng)等于各組分的分壓強(qiáng)之和。數(shù)學(xué)表達(dá)式：P=P１+P２+……＋Pn由理想氣體狀態(tài)方程和道爾頓分壓定律可得：令混合理想氣體的摩爾數(shù)為ν，則：則混合理想氣體的狀態(tài)方程為：PV=νRT第21頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六則混合理想氣體狀態(tài)方程第22頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六?！R定律PV=constant蓋—呂薩克定律V/T=constant查理定律P/T=constantT不變P不變V不變理想氣體狀態(tài)方程PV=RTPV/T=R

=1mol第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六P0V等溫線根據(jù)狀態(tài)方程，系統(tǒng)的壓強(qiáng)、體積、溫度中任兩個(gè)量一定，就可確定系統(tǒng)的狀態(tài)，因此常用P-V圖中的一條曲線來(lái)表示系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，曲線上任一點(diǎn)都表示氣體的一個(gè)平衡態(tài)，這種圖叫狀態(tài)圖。第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六阿伏伽德羅常數(shù)：玻耳茲曼常數(shù)設(shè)：分子質(zhì)量為m，氣體分子數(shù)為N，分子數(shù)密度n。理想氣體狀態(tài)方程的另一形式:第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六理想氣體狀態(tài)方程：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的分子密度：即在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(壓強(qiáng)為1大氣壓,溫度為273.15K)下,單位體積的任何氣體包含的分子數(shù)為洛喜密脫數(shù)：第26頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例題1、

一容器內(nèi)盛有氧氣0.100kg，其壓強(qiáng)為

1.013×10-6Pa,溫度為320K，因容器開(kāi)關(guān)緩慢漏氣，稍后測(cè)得壓強(qiáng)減為原來(lái)的5/8，溫度降低到300K。求（1）容器的體積；（2）在兩次觀測(cè)之間漏掉多少氧氣。（氧氣摩爾質(zhì)量為Mmol=3.2×10-2Kg/mol）解：（1）由理想氣體狀態(tài)方程

得容器的體積為：（2）設(shè)漏氣后剩余氧氣為M2

，由第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六所以漏掉的氧氣質(zhì)量為第28頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例2、一個(gè)長(zhǎng)L＝0.50m的圓柱形容器被一質(zhì)量M＝5.0kg的絕熱活塞隔成兩部分，一部分里有質(zhì)量M1＝6g的氫氣，另一部分有M2＝56kg的氮?dú)?，兩部分氣體的溫度均為T(mén)1＝300K．活塞無(wú)摩擦沿容器壁滑動(dòng)，厚度可忽略。

試求：（１）平衡時(shí)，容器兩部分的長(zhǎng)度L１和L２H2M1T1M2T1N2LL1L2解(1):平衡時(shí)兩部分氣體壓強(qiáng)相等．設(shè)截面積為（２）現(xiàn)將容器豎直放置，裝有氫氣的部分位于上方，若使活塞正好位于容器的中央，應(yīng)將氮?dú)饧訜岬蕉嗌?？?9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期六H2N2M1